淺談汽車模塊化技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用

韋曉文 廖振偉

【摘 要】隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)形勢放緩，作為傳統(tǒng)制造業(yè)的汽車行業(yè)要想在當(dāng)前環(huán)境下取得新的突破，面臨著諸多新的挑戰(zhàn)，市場響應(yīng)速度、研發(fā)周期、成本控制、品質(zhì)保障等方面都對(duì)車企提出了更高的要求。構(gòu)建模塊化平臺(tái)，采取模塊化開發(fā)策略，是車企縮短研發(fā)周期、降低開發(fā)及制造成本、提升產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑。文章從汽車模塊化開發(fā)的歷史出發(fā)，論述了模塊化開發(fā)技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用情況、理論方法，并結(jié)合當(dāng)前形勢，分析模塊化開發(fā)的前景。

【關(guān)鍵詞】模塊化；平臺(tái)；效率；成本

【中圖分類號(hào)】F426.471 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）12-0079-04

汽車市場增速趨于平緩給各汽車生產(chǎn)制造企業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)，如何在激烈的競爭環(huán)境中持續(xù)發(fā)展，保持優(yōu)勢，在成本控制、產(chǎn)品質(zhì)量及市場響應(yīng)中取得突破，是每一家企業(yè)都在思考及面臨的問題。汽車的模塊化開發(fā)作為提高生產(chǎn)效率和進(jìn)一步釋放生產(chǎn)力的開發(fā)模式，已經(jīng)得到國內(nèi)外越來越多車企的重視，而汽車的模塊化發(fā)展主要?dú)v經(jīng)了標(biāo)準(zhǔn)化、平臺(tái)化、模塊化3個(gè)階段。

1 標(biāo)準(zhǔn)化

1913年4月1日，全球首條汽車生產(chǎn)流水線在福特公司的海蘭帕克工廠率先投入使用，流水線將原先造車的人力進(jìn)行精細(xì)劃分，各工序?qū)嵭袠?biāo)準(zhǔn)化，以提高每個(gè)工序的效率與質(zhì)量。流水線的應(yīng)用使得“福特”T型車的生產(chǎn)工序大幅簡化，每輛車的生產(chǎn)時(shí)間由12 h縮短到1.5 h，生產(chǎn)效率的大幅提升進(jìn)一步帶來的是人力資源的解放和成本的壓縮，原先800美元的T型車售價(jià)降低到300美元，使得“福特”T型車能以親民的價(jià)格走進(jìn)更多普通家庭。汽車生產(chǎn)流水線的應(yīng)用也成為第二次工業(yè)革命的重要標(biāo)志性事件。福特汽車生產(chǎn)流水線如圖1所示。

對(duì)重復(fù)性的作業(yè)制定和實(shí)施統(tǒng)一的規(guī)則，以獲得最佳的秩序與效益，是標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)質(zhì)。如今，標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)成為每一個(gè)企業(yè)在生產(chǎn)活動(dòng)和企業(yè)管理中貫徹執(zhí)行的重要理念。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化、工藝標(biāo)準(zhǔn)化……在汽車研發(fā)與生產(chǎn)制造的整個(gè)生命周期，無不體現(xiàn)著標(biāo)準(zhǔn)化的身影。

2 平臺(tái)化

平臺(tái)的概念興起于20世紀(jì)80年代，隨著設(shè)計(jì)及制造工藝的不斷改進(jìn)和提升，標(biāo)準(zhǔn)化流水線的產(chǎn)能也不斷提高，越來越多同質(zhì)化的產(chǎn)品在滿足人們交通出行基本需求的同時(shí)，對(duì)用戶個(gè)性化訴求響應(yīng)不足的問題也日益凸顯。但受制于當(dāng)時(shí)產(chǎn)線柔性化不足，兼容性差，開發(fā)的新產(chǎn)品要想與原產(chǎn)線共線生產(chǎn)困難重重，但如果重新為新產(chǎn)品開辟新產(chǎn)線，其帶來的高昂成本與周期更是主機(jī)廠不愿面對(duì)的。此外，成本壓力、品控壓力在激烈的市場競爭中也愈發(fā)加大，為了解決這一系列的矛盾，平臺(tái)化的概念應(yīng)運(yùn)而生。在平臺(tái)化的最初應(yīng)用中，隸屬同一平臺(tái)的產(chǎn)品一般帶有相同的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和布置要素，例如前后懸掛、進(jìn)排氣系統(tǒng)、副車架等，這使得同一平臺(tái)的不同車型可以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵框架的共用，在一定程度上減少了前期開發(fā)中的重復(fù)設(shè)計(jì)，也減輕了共線生產(chǎn)帶來的阻力，達(dá)到了縮短研發(fā)周期、降低成本的目的。

從20世紀(jì)80年代平臺(tái)概念的誕生至今[1]，平臺(tái)化理念不斷深入與發(fā)展，平臺(tái)化涵蓋的范圍已經(jīng)不再局限于關(guān)鍵零部件，還包括統(tǒng)一的設(shè)計(jì)語言、開發(fā)管理體系、生產(chǎn)硬件、制造工藝、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等。全球各大車企也紛紛推出了自己的車型平臺(tái)及對(duì)未來平臺(tái)的戰(zhàn)略規(guī)劃。例如，“大眾”在20世紀(jì)80年代推出了自己的首個(gè)乘用車平臺(tái)，隨著平臺(tái)的不斷壯大和發(fā)展，形成了發(fā)動(dòng)機(jī)橫置PQ平臺(tái)及發(fā)動(dòng)機(jī)縱置PL平臺(tái)，兩大平臺(tái)囊括了“Polo”“斯柯達(dá)晶銳”“速騰”“朗逸”“帕薩特”“保時(shí)捷”等車型，打造了從A0級(jí)小型車到D級(jí)跑車的完備產(chǎn)品體系（見表1）。

此外，還有“豐田”的TNGA平臺(tái)（如圖2所示）。TNGA由NBC、B、K、N四大平臺(tái)整合而來，經(jīng)過重新布局規(guī)劃，目前該平臺(tái)形成以混合動(dòng)力、前驅(qū)車、后驅(qū)車為分類代表的全產(chǎn)品陣容平臺(tái)。TNGA平臺(tái)的開發(fā)，是“豐田”進(jìn)一步擴(kuò)大零部件共享，縮短車型開發(fā)和生產(chǎn)周期而實(shí)施的戰(zhàn)略之一。

3 模塊化

平臺(tái)化的大規(guī)模應(yīng)用，給車企帶來的效益是顯著的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至2010年，“通用”“大眾”“福特”“豐田”“日產(chǎn)”“戴姆勒”等車企巨頭共擁有超過170個(gè)產(chǎn)品平臺(tái)。然而，平臺(tái)也有其局限性，單車型平臺(tái)不能實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)產(chǎn)出，企業(yè)要擴(kuò)大產(chǎn)品線就要增加車型平臺(tái)，這使得平臺(tái)的數(shù)量不斷增加，但隨著平臺(tái)種類的不斷增加和擴(kuò)大，帶來的維護(hù)及管理成本隨之上升，平臺(tái)化對(duì)于企業(yè)效益的提升也出現(xiàn)了瓶頸。

如何以較低的成本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品本身的價(jià)值，成為提高企業(yè)競爭力的重要手段[2]。在汽車制造業(yè)中，與企業(yè)經(jīng)營成本密切相關(guān)的是產(chǎn)品的規(guī)模，擴(kuò)大零部件的采購規(guī)模，是降低產(chǎn)品成本、提升企業(yè)收益的有效舉措。而要提升零部件的采購規(guī)模，確保零部件的高共用率是關(guān)鍵。

搭建模塊化開發(fā)體系，實(shí)施模塊化開發(fā)，是進(jìn)一步提升零部件共用率，解決平臺(tái)化局限性的有效舉措。模塊化開發(fā)的實(shí)質(zhì)核心是以較少種類的零部件或模塊，生產(chǎn)出較多種類的車型，實(shí)現(xiàn)跨車型、級(jí)別、品牌的通用，在降低成本的同時(shí)，滿足車型多樣性的訴求。

模塊化開發(fā)體系是對(duì)傳統(tǒng)汽車產(chǎn)品平臺(tái)的升級(jí)，它相比于傳統(tǒng)汽車平臺(tái)，具有更加完備的組成要素和運(yùn)作機(jī)制。一個(gè)健全的模塊化開發(fā)體系，一般來說會(huì)包含一個(gè)共性技術(shù)平臺(tái)、模塊集、模塊化平臺(tái)、產(chǎn)品平臺(tái)及對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品。

3.1 共性技術(shù)平臺(tái)

共性技術(shù)平臺(tái)囊括了企業(yè)當(dāng)前掌握的關(guān)鍵技術(shù)圖譜，例如整車性能集成、跨多車型架構(gòu)及底盤共性技術(shù)、車輛動(dòng)力仿真分析技術(shù)、電子電器架構(gòu)、整車NVH開發(fā)控制等，這些關(guān)鍵技術(shù)是支撐產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)。

3.2 模塊

模塊是具有某種特定功能和接口的部件，這些部件帶有獨(dú)立的功能要求、明確的性能指標(biāo)、預(yù)留有布置空間及標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)外部接口。

3.3 模塊化平臺(tái)

模塊化平臺(tái)是一系列特定功能的、可通用的模塊或模塊化總成，這些模塊或模塊化總成在平臺(tái)規(guī)劃車型內(nèi)可實(shí)現(xiàn)組合通用。模塊化平臺(tái)可以產(chǎn)生不同軸距、不同級(jí)別、不同品牌的車型。例如，“大眾”MQB平臺(tái)、“豐田”CMF平臺(tái)等。

3.4 產(chǎn)品平臺(tái)

一個(gè)模塊化平臺(tái)可產(chǎn)生多個(gè)產(chǎn)品平臺(tái)，同源的產(chǎn)品平臺(tái)的車型一般在發(fā)動(dòng)機(jī)布置、懸置系統(tǒng)布置、造型風(fēng)格等關(guān)鍵參數(shù)上具有共通性。模塊化開發(fā)體系的主要結(jié)構(gòu)如圖3所示。

（1）縮短開發(fā)驗(yàn)證時(shí)間。模塊化的開發(fā)實(shí)現(xiàn)了零部件的重復(fù)使用，大大縮短了設(shè)計(jì)、驗(yàn)證周期[3]。以電子部件為例，全新開發(fā)的車身電子件僅在開發(fā)階段就要進(jìn)行高溫耐久、機(jī)械沖擊、熱疲勞振動(dòng)、濕度循環(huán)、密封測試、鹽霧試驗(yàn)、電磁兼容測試等30多項(xiàng)試驗(yàn)，歷時(shí)約2個(gè)月，如果把實(shí)驗(yàn)室排期緊張、試驗(yàn)失效整改這些時(shí)間考慮進(jìn)去則耗時(shí)更久。

（2）提升產(chǎn)品品質(zhì)、節(jié)約項(xiàng)目成本。實(shí)施模塊化開發(fā)，可以在相同開發(fā)費(fèi)用的前提下，集中資源在前期設(shè)計(jì)匹配階段，從設(shè)計(jì)源頭保障產(chǎn)品質(zhì)量。汽車研發(fā)的特性也決定了越是在產(chǎn)品初期整改解決的問題，所花費(fèi)的成本代價(jià)越小，產(chǎn)品OTS認(rèn)可后或SOP后的整改帶來的周期與成本則是巨大的。同時(shí)，零部件共用實(shí)現(xiàn)了模具工用、共線生產(chǎn)，減少了庫存品種數(shù)量，降低了備件管理難度，這些對(duì)項(xiàng)目的成本控制都是大有裨益的。

4 模塊化體系的搭建

模塊化體系的搭建一般來說有2種思路。

4.1 自上而下

在制定企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)劃的時(shí)候，即從全局出發(fā)，站在市場和用戶的角度，著手開展模塊化平臺(tái)的搭建，制訂好全產(chǎn)品陣容的計(jì)劃方案，由規(guī)劃到工程，逐步細(xì)化，完成模塊化平臺(tái)搭建。自上而下地推進(jìn)模塊化，對(duì)企業(yè)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造乃至銷售體系都會(huì)帶來不小的影響，是一項(xiàng)周期長、投入大的工程。“大眾”的模塊化戰(zhàn)略就是自上而下地展開。

4.2 自下而上

基于現(xiàn)有產(chǎn)品架構(gòu)，從已有車型著手，開展功能系統(tǒng)的模塊劃分，搭建模塊化平臺(tái)，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品的市場定位及未來發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行匹配與調(diào)整。自下而上的模塊化推進(jìn)思路，相對(duì)自上而下的模塊化推進(jìn)思路對(duì)全局的影響較小，實(shí)施的周期也相對(duì)短，不過因沒有考慮全局設(shè)計(jì)，成果落地后很難兼容其他項(xiàng)目。

實(shí)際上，在模塊化體系建設(shè)中，無論采取哪種思路，具體的模塊劃分都是至關(guān)重要的。一般來說，它主要包含幾個(gè)步驟。

（1）現(xiàn)狀分析評(píng)估。這一階段主要確認(rèn)模塊推進(jìn)的目標(biāo)、分析模塊變體復(fù)雜程度。通過收集模塊相關(guān)的PDM數(shù)據(jù)、車輛配置表、銷售數(shù)據(jù)、模塊相關(guān)系統(tǒng)的質(zhì)量數(shù)據(jù)、應(yīng)用車型的主計(jì)劃等，完成模塊結(jié)構(gòu)、范圍、接口、功能的確定，明確模塊內(nèi)外部的連接關(guān)系和關(guān)聯(lián)系統(tǒng)、各組成部分的功能。

（2）確定模塊需求和復(fù)雜度因素。針對(duì)對(duì)應(yīng)項(xiàng)目車型開展子系統(tǒng)分析，分析導(dǎo)致零部件不能借用的參數(shù)和問題，并制定解決策略。同時(shí)對(duì)技術(shù)趨勢進(jìn)行分析評(píng)估，對(duì)配置表提出合理化建議。

（3）細(xì)化模塊定義。結(jié)合之前的產(chǎn)出，從技術(shù)參數(shù)、生產(chǎn)制造、市場定位、成本控制等角度對(duì)模塊的初步劃分方案進(jìn)行細(xì)化及進(jìn)一步評(píng)估，完成模塊化產(chǎn)品架構(gòu)圖及接口關(guān)系配置表、設(shè)計(jì)流程等。

（4）制定模塊實(shí)施具體方案。為模塊化實(shí)施智能團(tuán)隊(duì)制定明確詳細(xì)的工作計(jì)劃與目標(biāo)，項(xiàng)目推進(jìn)的主計(jì)劃、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及各階段交付物等。

在汽車模塊化的推進(jìn)與應(yīng)用上，“大眾”汽車是最廣為人知的，“大眾”汽車目前擁有MQB、MLB等共5個(gè)模塊化平臺(tái)，以及最新的新能源平臺(tái)MEB。通過固化油門踏板至前輪中心的距離，標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器安裝位置，統(tǒng)一所有功能模塊指標(biāo)、接口定義，實(shí)現(xiàn)組件的互換互通。在零部件共用率統(tǒng)計(jì)上，“大眾”將BOM表中第二層級(jí)的零部件納入考評(píng)范疇，平臺(tái)全車型共用的零部件設(shè)計(jì)為通用件。當(dāng)MQB平臺(tái)完全應(yīng)用后，“大眾”預(yù)測，屆時(shí)產(chǎn)品研發(fā)成本和零部件成本將各自降低20%[4]。

除了“大眾”汽車，“斯堪尼亞”商用車也是模塊化應(yīng)用的典范。“斯堪尼亞”按緊湊、適中、舒適風(fēng)格設(shè)計(jì)了P、G、R 3種駕駛室（如圖4所示），4種發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱及15種底盤，通過不同的搭配組合，在保證制造工藝及工裝共通的前提下，最大限度地滿足用戶訂單。同時(shí)，通用化指數(shù)是斯堪尼亞管理的一項(xiàng)重要指標(biāo)，通過對(duì)通用率科學(xué)地控制，“斯堪尼亞”在2015年?duì)I業(yè)收入超700億元，在工程車輛市場萎靡的大環(huán)境下，保持10%的高利潤率。

5 汽車模塊化開發(fā)的未來

隨著國內(nèi)汽車市場進(jìn)入平緩增長的新態(tài)勢，汽車已經(jīng)由賣方市場轉(zhuǎn)為買方市場，當(dāng)代消費(fèi)者的消費(fèi)觀念也在不斷與時(shí)俱進(jìn)，很多人對(duì)汽車的訴求已經(jīng)不僅僅局限于出行的交通工具那么簡單，汽車還承載了體現(xiàn)社會(huì)角色、標(biāo)榜個(gè)人品位、智能互聯(lián)新平臺(tái)等屬性。汽車制造企業(yè)要想在激烈的競爭環(huán)境下脫穎而出，除了要持續(xù)提升產(chǎn)品品質(zhì)外，更要在成本控制、交付周期、個(gè)性化定制等方面發(fā)力，而搭建模塊化開發(fā)體系，是提升開發(fā)效率、縮減成本及滿足用戶多樣化需求的重要基礎(chǔ)和方法。目前，國內(nèi)很多車企已意識(shí)到模塊化開發(fā)的優(yōu)勢，已經(jīng)或正在開展模塊化平臺(tái)的規(guī)劃，例如，“長安”的P系列平臺(tái)、“吉利”的CMA平臺(tái)、“廣汽”的CPMA開發(fā)戰(zhàn)略等。隨著模塊化開發(fā)的不斷推廣與應(yīng)用，國內(nèi)汽車的研發(fā)制造水平也必將躍上一個(gè)新的臺(tái)階。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張亞萍，劉華，吳珩曉，等.淺析汽車平臺(tái)演進(jìn)與模塊化戰(zhàn)略[J].汽車工業(yè)研究，2015（1）.

[2]楊磊，張憲全.淺談企業(yè)產(chǎn)品成本管理——以汽車為例[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2014（9）.

[3]黃青斌，陳平.淺談模塊化發(fā)展在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用[J].國防制造技術(shù)，2015（3）.

[4]康文.大眾集團(tuán)的模塊化戰(zhàn)略和擴(kuò)張之路[J].汽車與配件，2013（7）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]